焦耳定律 电路中的能量转化

返回武胜中学吴建兵第二章第6节理解教材新知把握热点考向应用创新演练知识点一知识点二知识点三随堂基础巩固课时跟踪训练考向一考向三考向二返回熟悉课本知识3．焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式只能用于纯电阻电路和非纯电阻电路发热部分。4．电源工作时，把其他形式的能转化为电能的功率为IE，等于对外输出功率IU和电源内部的热功率I2r之和。即：IE=IU+I2r1．电功是指电场力移动电荷所做的功，其大小为W＝qu＝UIt2．电功率指单位时间内电流所做的功，表达式为P＝W/t＝UI，表示电流做功的快慢。返回1．电功(1)定义：电场力所做的功。(2)大小：等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的。(3)公式：W＝。(4)国际单位：焦耳，符号J。千瓦时(kW·h)(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转化为其他形式的能。即电功是电能转化为其他形式的能的量度。移动电荷乘积UIt电功普适公式1kW·h＝3.6×106J返回2．电功率(1)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的，即单位时间内电流所做的功。(2)公式：P＝＝(3)国际单位：瓦特。符号：W千瓦(kW)(4)大小：一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压和电路中电流I的。(5)意义：表示电流做功的。比值乘积快慢Wt电功率普适公式UI返回重点诠释1．公式W＝UIt的理解(1)电功W＝UIt适用于任何电路。(2)对于纯电阻用电器，由于I＝UR，所以W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt，P＝I2R＝U2R。返回焦耳定律：电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积．焦耳定律适用于:纯电阻电路；非纯电阻电路发热部分。纯电阻电路：只含有电热元件的电路（如白炽灯、电炉、电烙铁；及转子被卡住的电动机）。非纯电阻电路：电路中含有在转动的电动机或有在发生化学反应的电解槽的电路．Q=I2Rt1）、公式:2.电热Q2）、单位：焦(J)千瓦时(kW·h)电热普适公式返回3．额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧毁，一般要求实际功率不能大于其额定功率。返回1．一灯泡标有“220V,100W”字样，将其接到110V的电源上(不考虑灯泡电阻的变化)，则有()A．灯泡的实际功率为50WB．灯泡的实际功率为25WC．通过灯泡的电流为额定工作电流的12D．通过灯泡的电流为额定工作电流的14返回解析：由于灯泡为纯电阻元件，不考虑电阻变化，根据P＝U2R，得B正确，根据I＝UR得C正确。答案：BC返回1．焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成，跟通电时间成。(2)公式：Q＝。2．焦耳热电流通过电阻而产生的热量。正比正比I2Rt返回3．热功率(1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的。即单位时间内电阻通电所产生的热量。(2)公式：P热＝Qt＝。比值I2R适用于纯电阻电路和非纯电阻电路发热部分。返回4．焦耳热的应用与危害(1)应用：利用电流的热效应来加热、烘干物体，如电烙铁、电烤箱、电暖气、电炉、电饭锅、电熨斗等。(2)危害：①减少用电器的使用寿命。②烧坏用电器甚至引起火灾。返回重点诠释1．纯电阻电路与非纯电阻电路对比两种电路比较内容纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器，如：电动机返回两种电路比较内容纯电阻电路非纯电阻电路欧姆定律服从欧姆定律I＝不服从欧姆定律U＞IR或I＜能量转化电流做功全部转化为内能电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等返回2．电功与电热(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2RtP电＝P热＝UI＝I2R＝U2R。(2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W＞Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P＞P热。非纯电阻电路计算电热时一般用：Q＝I2Rt返回2．电功率的计算公式P＝U2/R中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于()A．计算电冰箱的功率B．计算电风扇的功率C．计算电烙铁的功率D．计算洗衣机的功率解析：公式P＝U2/R是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故C正确，A、B、D错误。答案：C返回1．电源内部的能量转化在电源内部，通过各种作用将其他形式的能转化为。2．电路中的能量转化(1)纯电阻电路中：P电＝。(2)在非纯电阻电路中：P电＝＋。电能P热P热P其他返回3．闭合电路的功率分析(1)公式表达：由闭合电路欧姆定律可得IE＝＋。(2)物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率与电源内电路的热功率之和。IUI2rIUI2r返回重点诠释1．电源的总功率P总＝EI，随电流变化。2．电源的内耗功率P内＝I2r。3．电源的输出功率(1)最大值P出＝I2R＝E2R＋r2R＝E2RR－r2＋4Rr＝E2R－r2R＋4r。由此可知当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝E24r。返回(2)输出功率P出与外电阻R的图像分析。①当R＝r时，输出功率最大，P出＝E24r。②当Rr时，若R增大，P出增大，当Rr时，若R增大，则P出减小。③除R＝r外，图像上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则有：(ER1＋r)2×R1＝(ER2＋r)2×R2整理得：R1R2＝r2。图2－6－1返回4．电源的效率(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值。表达式为：η＝UIEI＝UE。如果外电路为纯电阻电路，则η＝UE＝IRIR＋r＝RR＋r。(2)η＝RR＋r＝11＋rR，所以外电路电阻越大，电源效率越高。(3)当电源输出功率最大时，R＝r，η＝50%。返回3．在如图2－6－2所示的U－I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源与电阻R组成闭合电路。由图像判断正确的是()A．电源的电动势为3V，内阻为0.5ΩB．电阻R的阻值为1ΩC．电源的输出功率为4WD．电源的效率为80%图2－6－2返回解析：由图像知，E＝3V，Imax＝6A，所以电源内阻r＝EImax＝0.5Ω，故A正确；与电阻R组成外电路时，则R＝ΔUΔI＝1Ω，故B正确；电源的输出功率P＝UI，而I＝ER＋r＝2A。U＝IR＝2V，所以P＝4W，故C正确。电源效率η＝UIEI＝UE＝23×100%≈66.7%，故D错误。答案：ABC返回[例1]额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是()图2－6－3返回[审题指导]解答本题应注意以下两点：(1)两灯的电阻大小关系；(2)题目要求两灯均正常发光且电路消耗功率最小。返回[解析]判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝U2R，可知：RARB。对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110V，B灯被烧毁，UA110V，不能正常发光，A错误。对于B电路，由于RBRA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UBU并，B灯烧毁。返回对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以C电路消耗电功率最小。[答案]C返回(1)在串联电路中，用电器消耗的功率及两端电压均与其电阻成正比。(2)在并联电路中，用电器消耗的功率及流过电阻的电流均与其电阻成反比。返回1．有四盏电灯，如图2－6－4所示连接在电路中，L1、L2都标有“220V，110W”字样，L3和L4都标有“220V，40W”字样，把电路接通后最暗的是()A．L1B．L2C．L3D．L4图2－6－4解析：由P＝I2R知，L2比L1暗，L3比L4暗，又由P＝U2R知，L3比L2暗，故最暗的是L3灯，选C。答案：C返回[例2]规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：(1)接上220V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。返回[审题指导]解答本题时应注意以下三点：(1)欧姆定律的适用条件。(2)机械功率、输入功率与热功率的关系。(3)无论电机转动不转动，发热功率均为P＝I2R。返回[解析](1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为：I＝PU＝36220A＝0.16A，发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40W＝1W。转化为机械能的功率为：P机＝P－P热＝36W－1W＝35W。返回(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I′＝UR＝22040A＝5.5A，电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5W＝1210W。[答案](1)35W1W(2)1210W1210W返回电动机电路的功率关系(1)电动机的等效处理：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能。在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻r和无电阻的转动线圈串联而成，如图2－6－5所示。电流通过r时把电能转化为热能，而线圈把电能转化为机械能。(2)输入功率：电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压决定，计算公式：P总＝UI。图2－6－5返回(3)输出功率：电动机做有用功的功率。如图2－6－6所示，P机＝mgv(设重物匀速上升)。(4)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P热＝I2r。(5)功率关系：P总＝P机＋P热。(6)电动机的效率：η＝P机P总。(7)当电动机被卡不转动时相当于一个纯电阻电路。图2－6－6返回2．如图2－6－7所示的电路中，电源电压为60V，内阻不计，电阻R＝2Ω，电动机的内阻R0＝1.6Ω，电压表的示数为50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率。图2－6－7返回解析：电压表的示数为电动机两端的电压，电源电压已知，可得UR＝U源－U机＝(60－50)V＝10V，由欧姆定律：I＝URR＝5A，对电动机由能量关系有P电＝P热＋P出，所以P出＝P电－P热＝UI－I2R0＝(50×5－52×1.6)W＝210W。答案：210W返回[例3]电路图如图2－6－8甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15Ω，定值电阻R0＝3Ω。图2－6－8返回(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？(2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？[审题指导]解答本题时应把握以下三点：(1)由U－I图像求电源的电动势和内阻。(2)电路中的电流最大时，R0消耗的功率最大。(2)根据电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率。返回[解析](1)由题干乙图知电源的电动势和内阻为：E＝20V，r＝7.5Ω。由题图甲分析知道，当R＝0时，R0消耗的功率最大，最大为P＝(ER0＋r)2R0＝(203＋7.5)2×3W＝10.9W。(2)当r＝R＋R0时，即R＝4.5Ω时，电源的输出功率最大，最大值P＝(ER0＋R＋r)2(R0＋R)＝(203＋4.5＋7.5)2(3＋4.5)W＝13.3W。[答案](1)010.9W(2)4.5Ω13.3W返回(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流一定最大。(2)求可变电阻消耗的最大功率时，可将固定电阻等效到电源内部处理。(3)不要死记电路中内、外电